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Beeinflussung des elektrischen Funkens durch Elektrisirung.

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442
8.
Beedmflussurng des elektrischem Turnkerns durch
Elebtrdsirzcmg; vom E r r n s t L e c h e r .
(Aus den Sitmugsber. d. kais. Akad. d. Wisssensch. in Wien. Mathem.nrtturw. Klasse 111. Abt. IIa. lWrz 1902.)
Beim Durchgange der Elektricitat durch Gase sind so
zahlreiche Umstande maassgebend, dass wir trotz vieler und
vorziiglicher Forschungen selbst von den einfachsten Funkenentladungen in Luft uns kein befriedigendes Bild ausdenken
konnen. Die Vorstellung, dass fur eine bestimmte elektrische
Spannung das Dielektricum der Luft gleichsam bricht, zeigt
sich beim genaueren Studium minder einfach als auf den
ersten Blick, weil zu vielerlei Pactoren fur diese ,,dielektrische
Stirke" oder ,,elektrische Festigkeit" bestimmend sind.
Im Folgenden so11 nun ein neuer derartiger Factor besprochen werden , auf dessen Vorhandensein, wie ich glaube,
noch nicht hingewiesen worden ist. Ich elektrisire namlich
die in atmospharischer Luft arbeitende Funkenstrecke eines
Inductoriums mittels einer zweiten Elektricitatsquelle.
Versuche mit dem Funken eines Inductoriums.
Ein mittelgrosser Ruhmkorff mit Neef' schem Hammer
wird durch vier Accumulatoren gespeist. R (Fig. 1) sei die
Secundarspule desselben , P die Funkenstrecke. Ueberdies
fiihren zu den beiden Polen des Inductoriums zwei nasse
Schniire a, a' (in Kautschukrohrchen eingekittet), je 60 cm
lang. Dieselben sind gemeinsam mit einem Pole P einer
vierplattigen Vo s s' schen Influenzmaschine verbunden. Der
andere Pol P' der Influenzmaschine ist zur Erde abgeleitet.
Dadurch wird erreicht dass beide Funkenelektroden unabhangig von der Ruhmkorffschwingung gemeinsam auf eine
positive oder negative Potentialdifferenz gegenuber der Luft
des Schlagraumes gebracht werden konnen.
,
BeeinfEussung des elektrischen Funhens durch Elektrisirung. 443
Die Ladung durch die nassen Schniire gleicht wohl eventuelle Potentialschwankungen der Influenzmaschine ganz aus.
Diese Schniire siiid ferner als Nebenschluss der Ruhmkorffeiitladung von so grossem Widerstande, dass der Funke in F
darunter kaum leidet. I)
den
seien
Schlagweite
Elektroden
P>rsuclt
weit hinaus
1.uber
Die
beiausbeidie
F
‘7L’TE
einandergezogen; es ist
//
also keine Moglichkeit
einer Funkenbildung gegeben.
“:
‘,,a<
Wenn der Ruhm,
,
korff unthatig ist und
R
die Influenzmaschine
allein gedreht wird:
sodsss die ganze Secundarspule und die Elektroden durch die beiden
Fig. 1 .
nassen Schniire a, a‘
hindurch mit positiver oder negativer Elektricitat geladen sind, so
zeigen sich im verdunkelten Zimmer sehr schwache Lichtpunkte
und -biischel. 1st andererseits die Influenzmaschine unthlitig und
wirkt nur der Ruhmkorff allein, so zeigen sich an der positiven
Elektrode und am positiven Zuleitungsdrahte sehr schwache
Lichtbuschel. Sowie R u h m k o d und Influenzmaschine gleichzeitig arbeiten, werden durch eine positive Elektrisirung der
Secundarspirale die durch Ruhmkorffentladung allein erzeugten
Buschel der positiven Elektrode und ihrer Zuleitung iiberraschend verstarkt. Durch dieses gleichzeitige Zusammenwirken der vom Inductorium und von der Influenzmaschine
gelieferten positiven Elektricitat wird die Gesamtspannung
des positiven Drahtes gegen die umgebende Luft grosser. Vielleicht wird uberdies durch die (auch wahrend der Pausen
dcs Inductoriums gelieferte) positive Elektricitat der Influenz\\
,
\
\
\
\
\
I ) Verwendet man statt der nasseu Schniire rwei Dro3selspulen, so
wird der Fuuke zu sehr geschwacht.
29”
444
E. Leclier.
maschine die dielelitrische Festigkeit der Luft fur positive
Entladungen so geschwacht, dass die Biischelentladungen des
Inductoriums leichter einsetzen konnen. Ueber den Anteil dieser
beiden Ursachen habe ich mir bisher noch keine Meinung gebildet .
Yersuch 2. Umgekehrt werden die durch die Inductionsentladung allein erzengten schwachen Lichtbiischel durch
negative Elektrisirung uollstandig zum Yersclwinden gebracfit.
Ich habe diese Beobachtungen an die Spitze meiner Mitteilung gesetzt, weil ich glaube, dass die spater zu schildernden
Experimente sich so am leichtesten werden iiberblicken lassen.
Die Buschelentladung nimmt meistens grossen Anteil an
der Entladung. Sehr schon zeigt dies W a l t e r ' ) an gewohnlichen Inductionsentladungen zwischen Platinspitzen.
Der
Funke entsteht da nicht momentan; es muss sein Weg vielmehr durch einige ihm vorausgehende und stossweise aufeinandcrfolgende Bilschelentladungeii gebahnt werden. Diese
Voreiitladungen sind in erster Reihe am positiven Pol zu beobachten. Das Spectrum dieser Buschelentladungen enthalt
kein Metall; es lasst sich auch chemisch in demselben keine
Spur von Elektrodenmaterial nachweisen. 2, Es sind solche
Biischelentladungen elektrische Vorgange in Gasen, welche in
der Nahe der positiven Elektrode in immer wachsender Grosse
einigemal einsetzen mussen, bevor eine Entladung die ganze
Funkenstrecke uberspringt.
Wenn ich daher durch positive oder negative Elektrisirung
diese Biischelentladungen, das Vorstadium des Funkens, beeinflussen kann, so wird auch die Entladung selbst sich durch
Elektrisirung andern miissen. Besonders auffalleiicle Resul tate
sind nach dem Gesagten wohl immer dann zu erwarten, wenn
der positive Teil mit seiner Biischelentladung durch die Versuchsanordnung sehr begiinstigt erscheint. Daruni whhlte ich
nach Cook eine kugelforlnige Kathode und eine massige stumpfe
Anode. 3,
Tersz~ch3. In Fig. 2 sincl die beiden Elektroden in natiirlicher Grosse gezeichnet. Die Elektrode e ist fur die Entladung
1) B. Walter, Wied. Ann. GG. p. 636. 1898; 68. p. 776. 1899.
2) E. H. C o o k , Phil. Mag. (5) 47. p. 40. 1899.
3) 1. c. p. 43.
Beeiufliissuny des elektrischen Funkens durch Elektrisirung.
445
des Inductoriums Anode, die Kugel f Kathode. Die Entfernniig sei zunachst so, dass kein Funke iiberspringt, etwn
41/zbis 5 cm.
Arbeitet das Iuductorium allein, so gehen von e Biischel
aus, an f ' zeigt sich nur ein Lichtpunkt und der ganze
Zwischenraum ist dunkel. Ebenso erscheinen die Zuleitungsdrahte von e und f' dunkel. Sowie nun positive Elektrisirung
dnrch die Influenzmaschine hinzutritt , ergeben sich folgende
Veranderungen: Der Zuleitungsdraht zu e ist iibersaet mit
Riischeln, die nach allen Seiten herausschiessen. An der
Kathodenzuleitung ist fast nichts z u bemerken. Zwischen e
uncl f' springen plotzlich kraftige Funken iiber, wobei es
scheint, als ob im ersten Augenblick, bevor noch die zickzackformigen Funken einsetzen, die Entladung von e momentan
iiach nussen boge. Stellen wir die Zufuhr der positiven
Elektricitat nb, so ist wieder der friiher dargestellte Anfangszus t an d v orh an d en.
Dieser Versuch gelingt nattirlich ebenso in umgekehrter
Reihenfolge. Das Inductorium stehe still und e8 arbeite die
Influenzmaschine allein. Von cler Anode e geht nur ein schwaches
Riischel aus , ebenso an einigen Stellen der Zuleitungsdrahte.
Setzt nun das Inductorium auch ein, so beginnt plotzlich das
Funkenspiel zwischen e und f'; langs der ganzen Anodenzuleitung treten zahlreiche Biischel auf, wahrend jene an der
Kathodenleitung verschwinden.
Pkrsrich 4. E:s sei zunachst die Intensitat des primaren
Stromes des Inductoriums so, dass zwischen e und f (in einer
Entfernung von etwa 31/zcm) eben noch ein kraftiger Funke
iiberspringt; an den Zuleitungsdrahten ist dann nichts zu
sehen. Sowic negative Elektricitat von der Influenzmsschine
zugeleitet wird, loscht cler Funke sicher &us, und man bemerkt
niir ein schwaches Leuchten des negativen Zuleitungsdrahtes.
Die Experimente 3 und 4 gelingen auch sehr schon,
wenn man die Kathode an die innere Belegung einer kleinen
Leydnerfiasche anlegt, deren aussere Belegung zur Erde abgeleitet ist.
Beide Versuche lassen sich in verschiedenster Weise umgestalten, ich bescheide mich aber, nnr die typisch wichtigen
Falle wiederzugeben.
446
E. Lecher.
Persuch 5. Die beobachteten Wirkungen zeigten sich auch,
wenn die Funkenstrecke von einem Glascylinder umgeben war,
wodurch eine Aenderung der Funkenverzogerung durch ultraviolette Zustrahlung von aussen unmoglich war. Dabei war
aber, um die Wirkung der Glaswand zu schwachen, der
primare Strom und die Funkenstrecke vie1 kleiner als in dem
oben geschilderten Beispiel. Oeftere Wiederholung dieses Versuches ist z u vermeiden, weil clie Glaswand Ladungen annimmt.
Persuch 6. Bisher haben wir die Ausbildung des positiven
Biischels durch die Elektrodenform begunstigt. Uebertreibt
man aber diese Begunstigung des positiven Entladungsanteiles,
indem man z. B. nach T o e p l e r l ) als Kathode einen Halbleiter,
eine Schiefertafel, wahlt, so werden die positiven Buschel der
Inductionsentladung so stark, sodass die von mir geubte
Elektrisirung der Funkenstrecke mittels Influenzmaschine in
ihrer Wirkung minder auffallend wird. Bus ebendemselben
Grunde versagten die Erscheinungen auch bei zu starken
Inductionsstromen mit einem K o h 1’schen Inductorium von
40 CM Schlagweite.
Eine weitere Complication tritt dadurch ein, dass durch
Elektrisirung mittels Influenzmaschine auch langs der Zuleitungsdrahte die Buschelbildung begunstigt oder gehemmt
wird. Dadurch ist die Isolirung der Zuleitungsdrahte des
secundiiren Inductionsstromes gegen die Luft von Fall zu Fall
geandert. Sorgfaltige Umhullung der Zuleitungsdrahte mit
Glasrohrchen und Umgeben der blanken Klemmschrauben
mit Guttaperchahullen machen daher Versuche 3 und 4
besser. Ganz vermeiden lasst sich aber diese Fehlerquelle
nicht, welche mir die folgenden Versuchsergebnisse zu erklaren
scheinen.
Yersuche 7 wnd 8. Macht man die stumpfe Spitze e zur
Kathode und die Kugel f zur Anode, so bemerkt man immer
noch eine Forderung des Funkens durch positive Elektricitat
und eine Hemmuiig durch negative.
Die Erscheinungen sind aber minder auffallend als in 3
und 4, j a sie versagen sogar manchmal bei positiver Elektri1) M. Toepler, Habilitationsschrift, p. 31. Leipzig, J. A. Barth,
1900.
Beein&ussuy cles elektrischen Funkens durch Elektrisirung.
447
sirung dcr Funkenstrecke. Die am Anodenzuleitungsdrahte
auftretendeii Buschel sind namlich hier besonders kriiftig, und
dieser Nebenschluss (mit eventueller Ruckentladung durch den
RuhmkorfT) schwacht die Wirkung. l)
Umgekehrt hebt eine negative Elektrisirung alle dwch
Ausstromung in die Luft eingeleiteten Nebenschlusse auf, und
die Schwachung des Funkens ist weniger markant, weil die
bessere Zuleitung die Hemmung des Funkens durch die negative Elektrisirung zum Teil ausgleicht.
Yersuch 9. Springt der Inductionsfunke zwischen zwei
Kugeln (1 cm Durchmesser) uber, so verstarkt sowohl positive,
als auch nega.tive Elektrisirung den Funken. Hier durfen
mohl schon elektrische Schwingungen die Einseitigkeit der
Entladung storen.
Versuche mit dem Funken eines Wehneltunterbrechers.
Es wurde durch einen Rheostaten hindurch der Strom
von 30 Accumulatoren mittels eines Wehneltunterbrechers
in einen kleinen Transformator geleitet. Die Verbindung der
Secundarspule mit den Elektroden e, f u n d mit den feuchten
Schniiren a a' geschah genau wie in Fig. 1.
Persuch 10. Analogon mit Clem Versuch 1. Die spitze
Anode e und die kugelformige Kathode f ' waren in einer Entfernung von etwa 2,5 cm. Zunachst stehe die Influenzmaschine still und der primare Strom werde durch den Rheo-
Fig. 2.
staten so eingestellt, class sich im Dunkeln folgende Erscheinung zeigt (vgl. Fig. 2). An cler Anode e sitzen etwa
vier Lichtstiele, je 1/4 cm lang, auf, und auf diesen die Ver~
__
1) Dies erscheint mit Rucksicht auf die Versuche von T r o w b r id g 8
(Phil. Mag. (5), 46. p. 243. 1898) sehr verstiindlich. Dieser Forvcher bekam bei Entladungen von 1,200000 V. durch seine Biischel iiberalI
directen Nebenschluss. Eine Andeutung dieser Wirkung muss natiirlich
schon bei vie1 ticferen Spannungen auftreten.
440
E. Lecher.
astelungen. Der Mittelraum ist schwach blau und rechts an
der Kugel sieht man etwa 10 Lichtpunkte ohne Stiele
(manchmal, in Intervallen von etwa 10 Secunden zucken ganz
schwache Fiinkchen auf). Mechanisches Anblasen der Funkenstrecke andert die Erscheinung kaum. Tritt nun auch noch
die Influenzmaschine in Thatigkeit und fiihrt der Secundiirspule samt Funkenstrecke positive Elektricitat zu, so ist der
anodische Zuleitungsdraht voll Biischel, im Elektrodenraume
selbst werden die Buschelstiele links vie1 langer, die Biischel
selbst gehen trichterformig nach aussen, der Querdurchmesser
des blauen Lichtes wird grosser, die ganze, friiher mehr ovale
Erscheinung wird kugelformiger.
Nun beschreibe ich eine merkwiirdige Erscheinung. Nahert
man eine in der Hand gehaltene Bleistiftspitze oder eine andere
geerdete Spitze dem Entladungsraume e f auf etwa 25 cm, so
wird dieser Raum pliitzlich ganz dunkel, an der Bleistiftspitze
selbst zeigt sich ein kleiner, sehr schwacher Lichtpunkt. Nahert
man von entgegengesetzter Seite eine zweite Spitze, so andert
siGh die Erscheinung kaum, sodass wir wohl nicht von der
Wirkung eines elektrischen Windes im gewohnlichen Sinne
sprechen diirfen , wie clenn auch mechanisches Blasen keine
Aenderupg hervorbrachte. Schiebt man zwischen Bleistiftspitze
und Funkenstrecke eine Glas- oder Metallplatte, so verschwindet
die Wirkung. Nahern des Fingers oder einer geerdeter Kugel
auf etwa 10 cm ist ohne Einfluss.
Erwahnenswert erscheint mir auch, dass beim Annahern
der Spitze an die Zuleilungsdrahte nur die der Spitze gegeniiberliegenden Biischel reagiren und verschwinden, indes die
Erscheinung zwischen e und f ungeandert bleibt. Wir haben
es also hier nicht mit einer Wirkung anf das Gesamtpotential
der Secundarspule, sondern nur mit einem rein localen Effecte
zu thun. Es erscheint mir unwahrscheinlich, dass eine ultraviolette Strahlung des Lichtpunktes an der Bleistiftspitze die
Ursache der Erscheinung sein kann, da sich ein zu bestimmter,
von der Spitze ausgehender activer Raum in Form eines Kegels
ergiebt, wie ein solcher ja auch anderweitig zu wiederholten Malen
als Spitzenwirkungsgebiet beschrieben wurde. Ob die Bleistiftspitze oberhalb oder unterhalb oder seitlich der Funkenstrecke
steht, ist gleichgultig, wenn sie nur gegen e f gerichtet ist.
Beeinflussung des elektrischan Punkens durch Elektrisirung.
449
Bei zu starkem Nahern auf 2 cm wird ein Teil der Entladung in die Spitze abgelenkt.
Versuch 11. Schiebt man e und f etwas naher (die
Influenzmaschine stehe still und es arbeite nur der Wehneltunterbrecher), so wird die in Fig. 2 dargestellte Erscheinung
kraftiger, bleibt aber nur im Dunkeln sichtbar. Jetzt lasst
Zufiihrung von positiver Elektricitat plotzlich einen kraftigen
(uatiirlich auch im Tageslichte sichtbaren) Funken uberspringen.
Das Nahern einer geerdeten Spitze loscht den Funken aus.
Dieser Versuch schien mir besonders gut mit einer abgestumpften Kohlenspitze als Anode e zu gelingen, wiewohl ich
sonst keinen besonderen Einfluss des Elektrodenmateriales fand.
Man ziindet also durch Zufuhr von positiver Elektricitat den
Funken an. indes dnnahmung einer geerdeten Spitze denselhen
ausloscht.
Diese Versuche sind sehr prompt und sicher; capricios
ist die Wirkung der Spitze nur insofern, als ich manchmal
bis auf 20 cm an e f herangehen musste, wahrend ich auch
oft schon aus Entfernungen von 45 cm schone Wirkungen
erzielte.
Kersuch 12 als Umkehr von 10. Die in Fig. 2 geschilderte Entladungsform wird , wenn durch a a' negative
Elektricitat zugefiihrt wird, ausgeioscht, wahrend die Annaherung einer geerdeten Spitze wieder die alte Erscheinung
auftreten lasst.
7ersuch 13 als Umkehr von 11. e und f sind auf 1,5 cm
genahert, und es springt unter alleiniger Wirkung des Wehneltunterbrechers ein lebhafter Funke iiber. l) Zufiihrung oon
negativer Blektricitut loscht den Funken aus, Annaherung einer
geerdeten Spitze ziindet ihn an.
Auch hier wirkt die geerdete Spitze nur gegen die Funkenstrecke, nicht aber gegen die Zuleitung, selbst in ganz geringen Entfernungen (von 5 cm).
1) Fur ineine Auschauung, dass slles, was die Buschelcwtladung
fordert, also die Potentialdifferenz der Spitze gegen die umgebeude Luft
eteigert, auch die Entlsdung Erdert, spricht die Thatsache, dnss hier
Erdung von Kathode die Funkenbildung unteratutet, Erduug der Anode
die I.'unkeubildung hemmt.
450
E. Lecher.
Diese Resultate sind sehr sicher und leicl~tzu erhalten,
aber wie bei den Ruhmkorffentladungen werden auch bei den
Wehneltfunken die Ergebnisse etwas weniger verltisslich, wenn
man die stumpfe Spitze zur Kathode und die Kugel zur Anode
macht.
Persuch 14. Es sei also fur die Wehneltentladung e
Kathode und f Anode. Dann ist das Ergebnis der positiven
Elektrisirung sehr unsicher. Doch mochte ich eher an eine
Schwachung a19 an eine Verstarkung des Funkens glauben.
Bei einer Elektrodendistanz von 1,8 cm erhalt man ohne
Elektrisirung einen flammenformigen, nach aufwarts gekriimmtea
Lichtbogen. Mit positiver Elektricitat wird aus dem Lichtbogen ein gerader weisser Funken.
Eine geerdete Spitze muss bis auf eine Distanz von etwa
10 cm herangebracht werden, und dann erscheint der elektrische Funke in eine Reihe von roten Lichtbogen anseinandergeblasen.
Persuch 15. Zufiihrung negativer Elektricifat loscht oder
schwacht den Funken. Lasst sich z. B. ein derartiger nicht
elektrisirter Funke nicht ausblasen , so gelingt dies leicht,
wenn der Funke negativ elektrisch ist.
Nahert man eine geerdete Spitze auf etwa 10 cm, so wird
aus der gebogenen rotlichen Wehneltflamme ein gerader,
weisslicher, sehr unscheinbarer Funke. Es sieht so aus, als
ob hier durch das Nahern der Spitze die Aureole zum Qerschwinden gebracht wiirde.
Versuche mit Kugelelektroden ergeben ahnliche Resultate.
Bei vie1 starkeren Wehneltstromen ist der Einfluss der
Elektrisirung auch vorhanden, aher derselbe scheint mir ganz
anderer Natur zu sein. Es sieht so aus, als ob die Elektricitat
aus dem Lichtbogen herausgeblasen wurde. Da j a die umliegenden Leiter nicht symmetrisch liegen, ahnelt die Wirkung
jener Erscheinung, wie sie durch mechanisches Anblasen erzeugt werden kann.
Schlussbemerkungen.
Alle die geschilderten Experimente lassen es wohl zweifel10s erscheinen, dass die Elektrisirung einer Funkenstrecke,
welche die Potentialdifferenz der einzelnen Elektroden gegen-
Beein@ussuvtg des elektrischen Funhens durch Elektri8irung.
451
uber dem Dielektricum andert , auf die auftretenden Lichterscheinungen von allergrosstem Einflusse ist.
Leider lgsst sich mit der in Fig. 1 geschilderten Anordnung das Inductorium nicht direct durch eine Influenzmaschine
ersetzen, da infolge des Kurzschlusses durch die nassen
Schniire kein Funke zu stande kommt. Man miisste zwei ganz
gleich gebaute , hintereinander geschaltete Influenzmaschinen
zur Erzeugung des Funkens verwenden und die Zuleitung cler
Elektrisirung von einer grossen Maschine her in die Mitte
dieser beiclen Influenzmaschinen verlegen. Nur bei einer
solchen Anordnung sind dann messende Versuche uber die
factisch erreichten Potentiale und Entladungsmengen anzustellen.
Das ganze Gebiet scheint mir manche Aehnlichkeit zu
haben mit der Wirkung magnetischer Krafte auf Entladungen,
wie sie P r e c h t l ) geschildert. Vielleicht hat man es auch hier
nur damit zu thun, dass durch Elektrisirung die eine Ionenart aus dem Entladungsraume hinausgefuhrb wird.
~
1) J. P r e c h t , W i d Ann. 66. p. 676. 1898.
(Eingegangcn 2. Juli 1902.)
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